Don Lincoln este un om de știință principal la Fermilab, Departamentul de Energie al SUA, cea mai mare instituție de cercetare a colizorului de Hadroni din țară. De asemenea, scrie despre știință pentru public, inclusiv despre recentul său "The Big Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson și alte lucruri care îți vor suflă mintea"(Johns Hopkins University Press, 2014). Îl puteți urmaFacebook. Lincoln a contribuit cu acest articol la Live Science'sExpert Voices: Op-Ed & Insights.
Cât timp am păstrat înregistrări, umanitatea s-a minunat de cerul nopții. Ne-am uitat la ceruri pentru a determina voința zeilor și pentru a ne întreba despre sensul tuturor. Doar 5.000 de stele pe care le putem vedea cu ochiul neajuns au fost tovarășii umanității de milenii.
Facilitățile astronomice moderne ne-au arătat că universul nu constă din doar mii de stele - este format din sute de miliarde de stele doar în galaxia noastră, cu trilioane de galaxii. Observatoarele ne-au învățat despre nașterea și evoluția universului. Și, pe 3 august, o nouă instalație și-a făcut primul anunț de fond și a adăugat înțelegerii noastre despre cosmos. Ne permite să vedem de nevăzut și a arătat că distribuția materiei în univers diferă puțin de așteptări.
The Dark Energy Survey (DES) este o colaborare a aproximativ 400 de oameni de știință care s-au angajat într-o misiune de cinci ani de a studia galaxiile îndepărtate pentru a răspunde la întrebări despre istoria universului. Acesta folosește camera Dark Energy (DEC) atașată la telescopul Victor M. Blanco de 4 metri la Observatorul Interameric Cerro Tololo din Anii Chilieni. DEC a fost asamblat în SUA la Fermilab, lângă Batavia, Illinois și este o cameră de 570 megapixeli capabilă să imagineze galaxii atât de departe încât lumina lor este o milionime la fel de strălucitoare ca stelele cele mai slabe vizibile.
Energie întunecată și materie întunecată
DES este vânătoarea pentru energia întunecată, care este un câmp energetic propus în univers, care este o formă respinsivă a gravitației. În timp ce gravitația exercită o atracție irezistibilă, energia întunecată împinge universul să se extindă într-un ritm în continuă creștere. Efectul său a fost observat pentru prima dată în 1998 și încă mai avem multe întrebări despre natura sa.
Cu toate acestea, prin măsurarea locației și distanței a 300 de milioane de galaxii pe cerul de noapte din sud, sondajul va putea face afirmații importante despre un alt mister astronomic, numit materie întunecată. Materia întunecată se crede că este de cinci ori mai răspândită în univers decât materia obișnuită. Cu toate acestea, nu interacționează cu lumina, undele radio sau orice formă de energie electromagnetică. Și nu pare să se adune pentru a forma corpuri mari precum planetele și stelele.
Nu există nicio modalitate de a vedea direct materia întunecată (de unde și numele). Cu toate acestea, efectele sale pot fi văzute indirect prin analizarea modului în care rotirea galaxiilor rapide. Dacă calculați viteza de rotație suportată de masa vizibilă a galaxiilor, veți descoperi că acestea se rotesc mai repede decât ar trebui. După toate drepturile, aceste galaxii ar trebui distruse. După zeci de ani de cercetări, astronomii au ajuns la concluzia că fiecare galaxie conține materie întunecată, ceea ce generează gravitația suplimentară care ține galaxiile împreună.
Materie întunecată în univers
Cu toate acestea, pe scara mult mai mare a universului, studierea galaxiilor individuale nu este suficientă. O altă abordare este necesară. Pentru aceasta, astronomii trebuie să folosească o tehnică numită lentila gravitațională.
Lentirea gravitațională a fost prezisă în 1916 de Albert Einstein și a fost observată pentru prima dată de Sir Arthur Eddington în 1919. Teoria relativității generale a lui Einstein spune că gravitația pe care o experimentăm este cauzată cu adevărat de curbura spațiului-timp. Deoarece lumina călătorește în linie dreaptă prin spațiu, dacă spațiul-timp este curbat, acesta va privi un observator ca și cum lumina ar călători pe o cale curbă prin spațiu.
Acest fenomen poate fi valorificat pentru a studia cantitatea și distribuția materiei întunecate în univers. Oamenii de știință care se uită la o galaxie îndepărtată (numită galaxie cu lentile), care are o altă galaxie chiar mai îndepărtată în spatele ei (numită galaxia observată), pot vedea o imagine distorsionată a galaxiei observate. Distorsiunea este legată de masa galaxiei cu lentile. Deoarece masa galaxiei cu lentile este o combinație de materie vizibilă și materie întunecată, lentila gravitațională permite oamenilor de știință să observe direct existența și distribuția materiei întunecate pe scări la fel de mari ca universul însuși. Această tehnică funcționează, de asemenea, atunci când un grup mare de galaxii prim-plan distorsionează imaginile grupărilor de galaxii și mai îndepărtate, care este tehnica folosită pentru această măsurare.
Lumpy sau nu?
Colaborarea DES a lansat recent o analiză folosind exact această tehnică. Echipa a analizat un eșantion de 26 de milioane de galaxii la patru distanțe diferite față de Pământ. Galaxiile mai apropiate s-au lentilat pe cele care erau mai îndepărtate. Folosind această tehnică și analizând cu atenție denaturarea imaginilor tuturor galaxiilor, au reușit să evidențieze distribuția materiei întunecate invizibile și modul în care aceasta s-a mișcat și s-a agățat în ultimii 7 miliarde de ani, sau jumătate din durata de viață a univers.
Așa cum era de așteptat, ei au descoperit că materia întunecată a universului era „plină de năvală”. Cu toate acestea, a existat o surpriză - a fost puțin mai puțin plină de somn decât au prevăzut măsurătorile anterioare.
Una dintre aceste măsurători contradictorii provine de la semnalul radio rămas din cel mai timpuriu timp după Big Bang, numit fundal cosmic cu microunde (CMB). CMB conține în el distribuția de energie în cosmos când avea 380.000 de ani. În 1998, colaborarea Cosmic Background Explorer (COBE) a anunțat că CMB nu era perfect uniformă, ci avea mai degrabă puncte calde și reci, care diferă de la uniform cu 1 parte din 100.000. Satelitele Wilkinson Microis Anisotropy Probe (WMAP) și satelitele Planck au confirmat și perfecționat măsurătorile COBE.
De-a lungul celor 7 miliarde de ani dintre momentul emiterii CMB și perioada de timp studiată de către DES, acele regiuni mai fierbinți ale universului au însămânțat formarea structurii cosmosului. Distribuția de energie nominală capturată în CMB, combinată cu forța de amplificare a gravitației, a făcut ca unele pete din univers să devină mai dense și altele mai puțin. Rezultatul este universul pe care îl vedem în jurul nostru.
CMB prezice distribuția materiei întunecate dintr-un motiv simplu: Distribuția materiei în universul nostru în prezent depinde de distribuția ei în trecut. La urma urmei, dacă în trecut ar exista o aglomerație de materie, materia respectivă va atrage materia din apropiere și creșterea va crește. În mod similar, dacă ar fi să ne proiectăm în viitorul îndepărtat, distribuția materiei astăzi ar afecta mâine pentru același motiv.
Deci, oamenii de știință au utilizat măsurători ale CMB la 380.000 de ani după Big Bang pentru a calcula cum ar trebui să arate universul 7 miliarde de ani mai târziu. Când au comparat prognozele cu măsurătorile de la DES, au descoperit că măsurătorile DES au fost puțin mai puține decât predicțiile.
Imagine incompletă
Este o afacere mare? Poate. Incertitudinea sau eroarea în cele două măsurători este suficient de mare încât înseamnă că nu sunt de acord într-un mod semnificativ statistic. Ceea ce înseamnă pur și simplu este că nimeni nu poate fi sigur că cele două măsurători nu sunt de acord. S-ar putea ca discrepanțele să apară din întâmplare din fluctuațiile statistice ale datelor sau a efectelor instrumentale mici care nu au fost luate în considerare.
Chiar și autorii studiului ar sugera prudență aici. Măsurătorile DES nu au fost încă revizuite de la egal la egal. Lucrările au fost prezentate spre publicare, iar rezultatele au fost prezentate la conferințe, dar concluziile ferme ar trebui să aștepte până la raportarea arbitrului.
Deci, care este viitorul? DES are o misiune de cinci ani, din care au fost înregistrate patru ani de date. Rezultatul anunțat recent folosește doar date din primul an. Datele mai recente sunt în continuare analizate. Mai mult, setul complet de date va acoperi 5.000 de grade pătrate ale cerului, în timp ce rezultatul recent acoperă doar 1.500 de grade pătrate, iar colegii doar jumătate din drumul înapoi în timp. Astfel, în mod clar, povestea nu este completă. O analiză a setului complet de date nu va fi așteptată până în 2020.
Cu toate acestea, datele preluate astăzi ar putea însemna deja că există o posibilă tensiune în înțelegerea noastră despre evoluția universului. Și, chiar dacă această tensiune dispare odată cu analizarea mai multor date, colaborarea DES continuă să facă alte măsurători. Amintiți-vă că literele „DE” din nume reprezintă energie întunecată. Acest grup va putea în cele din urmă să ne spună ceva despre comportamentul energiei întunecate în trecut și despre ceea ce ne putem aștepta să vedem în viitor. Această măsurare recentă este doar începutul a ceea ce se așteaptă să fie o perioadă fascinantă științific.
Această versiune a articolului a fost publicată inițial pe Live Science.
